核原料有望擺脫原始礦業開採?科學家用全新吸附材料從海中提取鈾

2020-12-04 白海豚之家

若要取得核原料鈾,通常只有礦業開採這個途徑,不僅會造成環境汙染,對採礦工人與附近居民的健康更是長期的危害,現在美國橡樹嶺國家實驗室團隊帶來暨環保又具成本效益的海水提煉法,研發鈾親和力高的聚合物吸附材料,或許能改變人們未來開採鈾的方式。

沒有鈾礦就沒有燃料棒,鈾對核能發電的重要性不言而喻,然而鈾在陸地的含量不多,開採又會造成環境汙染,如果想從海水提煉下手,海水中鈾的蘊含量僅每公升3微克,也就是說一公噸的海水只有0.003克的鈾,科學家如何從海水大量提煉呢?

目前海中取鈾主要方法為過濾法,日本原子能研究開發機構開發出聚合物墊,美國西北太平洋國家實驗室、LCW 超臨界技術公司組成的團隊則是用丙烯酸酯濾網來吸附海水裡的鈾,美國橡樹嶺國家實驗室也採用相同做法,先前開發出醯胺肟(音同希安沃,)聚合物吸附材料,陽光照射即可開始吸收鈾離子。

不同技術有不同的優缺點,但整體來說它們距離商業化都還有一大段距離。就以醯胺肟聚合物來說,吸收率取決於聚合物的表面面積,但水中有太多的帶正電離子,在聚合物膜吸收鈾離子之前,可能會先吸收大量的釩離子、鈉離子跟鉀離子,反倒變成其他元素的提取技術。

再加上去除釩的過程也相當麻煩,所需的高濃度酸性溶液、廢棄溶液回收都是成本,酸處理也會破壞聚合物膜纖維,使得科學家研發的醯胺肟聚合物膜無法回收再利用,著實浪費。

因此由ORNL、伯克利國家實驗室、加州大學柏克萊分校和南佛羅裡達大學組成的團隊,決定打造具有鈾離子吸引特性又好處理的聚合物吸附材料。

他們以微生物體內的鐵載體為靈感,研製出鈾親和力高的官能基材料H2BHT。不僅能有效吸附鈾離子,科學家還可以用較溫和的鹼性溶液進行加工,讓科學家可以循環再利用H2BHT聚合物材料,成為另一種成本優勢。

ORNL化學科學家兼論文共同作者Ilja Popovs表示,理想狀態下,等比例放大的H2BHT聚合物材料不會吸附非鈾離子元素,就算吸收到其他離子,也很容易去除,而且材料也可以重複使用,能有效最大化鈾離子吸附效率。

只不過該團隊尚未公布新材料的吸收率或是能提取多少鈾粉,僅表示會再進一步。改進方法,致力提高效率與朝商業化邁進。

目前新方法看不出會對環境造成什麼危害,至少比礦業開發還要環保,假如成功邁向商業階段,說不定可以改變人們獲得鈾的方式,雖然說一公噸的海水只有0.003克的鈾,但積少成多,海洋中鈾元素總量是陸地的500倍,40 億公噸的鈾已經足夠人們開發容量1GW 的核分裂技術1,000 年。

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